我國(guó)電子級(jí)玻璃纖維誕生于上個(gè)世紀(jì)九十年代初期,它在池窯的“母體”內(nèi)孕育成長(zhǎng),并隨著池窯的逐步發(fā)展而不斷完善壯大。我國(guó)電子玻纖工業(yè)從坩堝拉絲工藝邁入池窯拉絲工藝,不是一個(gè)單純的量變,而是實(shí)現(xiàn)了質(zhì)變。正是因?yàn)檫@個(gè)第一輪的質(zhì)變,又導(dǎo)致了第二輪的量變。所以,我國(guó)電子玻纖工業(yè)就是在不斷的“量變到質(zhì)變”及“質(zhì)變促量變”中蓬勃發(fā)展,突飛猛進(jìn)。
電子級(jí)玻璃纖維紗、布(以下簡(jiǎn)稱電子紗與電子布),屬于電絕緣玻璃纖維產(chǎn)品范疇。它是電絕緣玻璃纖維系列產(chǎn)品中的一支新秀。由于它的生產(chǎn)技術(shù)難度大、產(chǎn)品質(zhì)量要求高,被業(yè)界視為電絕緣玻璃纖維系列產(chǎn)品中的高新技術(shù)產(chǎn)品,是覆銅板及印制電路板必不可少、不可替代的基礎(chǔ)材料。
1 .電子布的厚薄分類標(biāo)準(zhǔn)
國(guó)外電子布在開(kāi)發(fā)初期,是沿用電絕緣玻璃纖維布電工用標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)時(shí),美國(guó)采用的是ASTM-D579標(biāo)準(zhǔn)。之后,美國(guó)在此基礎(chǔ)上,又按電子工業(yè)應(yīng)用要求,對(duì)玻纖布的物化性能等質(zhì)量要求,不斷修訂完善。直到上個(gè)世紀(jì)八十年代后期,才由美國(guó)IPC協(xié)會(huì)負(fù)責(zé)起草,制訂了IPC玻璃纖維布標(biāo)準(zhǔn)。
IPC協(xié)會(huì)的前身是印制電路板協(xié)會(huì),美國(guó)以及歐洲的一些主要的玻璃纖維紗、玻璃纖維布及覆銅板廠商都是它的會(huì)員,都參與了該標(biāo)準(zhǔn)的討論和制訂。這個(gè)IPC標(biāo)準(zhǔn)立即獲得了囯際同行的一致認(rèn)可,于是成為公認(rèn)的國(guó)際通用標(biāo)準(zhǔn)。后來(lái)這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)于1997年6月進(jìn)行了第一次修訂。2002年6月進(jìn)行了第二次修訂,稱為印制電路板用處理E玻璃纖維布規(guī)范,被命名為IPC-4412標(biāo)準(zhǔn)?,F(xiàn)在全球通用的電子布標(biāo)準(zhǔn),是IPC協(xié)會(huì)根據(jù)全球電子工業(yè)發(fā)展提出的最新要求,于2006年6月修訂制定的,命名為IPC-4101B標(biāo)準(zhǔn)。
電子布可根據(jù)其不同的物化性能及功能分類,但是,生產(chǎn)上常用的還是按電子布的厚薄來(lái)分類:
1.1厚型電子布 厚度為0。151mm以上的電子布。如常用的7628電子布,其厚度為0。173mm,即為厚型電子布。
1.2薄型電子布 厚度為0。150-0。051mm的電子布。如常用的2116電子布,其厚度為0。094mm,即為薄型電子布。
1.3極薄型電子布 厚度為0。050-0。026mm的電子布。如現(xiàn)用的106電子布,其厚度為0。033mm,即為極薄型電子布。
1.4超薄型電子布 厚度為0。025mm以下的電子布。如現(xiàn)用的101電子布,其厚度為0。024mm,即為超薄型電子布。
2.電子紗生產(chǎn)技術(shù)要領(lǐng)
常用電子紗牌號(hào)有G-75、E-225、D-450,現(xiàn)又新增了DE-300、D-900、D-1800、BC-1800、BC-3000及C-1200、C-1800等,其單絲直徑原為5、7、9微米,現(xiàn)又?jǐn)U大到4及4.5微米。
2. 1 拉絲工序
電子紗的生產(chǎn)工藝特性是,采用池窯多孔大漏板多分拉工藝,強(qiáng)制冷卻,改性淀粉型浸潤(rùn)劑,輥動(dòng)式單絲涂油浸漬,嚴(yán)格氣流及溫濕度控制,并采用大卷裝變頻調(diào)速拉絲及漏板溫度補(bǔ)償技術(shù)拉制而成。
現(xiàn)將其生產(chǎn)技術(shù)要領(lǐng)分述如下:
2.1.1 微粉配料
在池窯生產(chǎn)中,有一個(gè)非常重要的問(wèn)題,那就是對(duì)玻璃原料成份的控制及其配料質(zhì)是的管理。這一點(diǎn)對(duì)電子紗生產(chǎn)來(lái)說(shuō)尤其重要。
日本專家在珠海技術(shù)指導(dǎo)時(shí),不是到池窯生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)去觀察拉絲作業(yè)情況,而是先到化驗(yàn)室去了解玻璃原料的各項(xiàng)化驗(yàn)數(shù)據(jù),再到配料間檢查配合料的配制質(zhì)量。日本專家說(shuō),玻璃原料的質(zhì)量是池窯拉絲作業(yè)穩(wěn)定的關(guān)鍵,只要對(duì)玻璃原料成份控制好,配合料質(zhì)量佳,拉絲作業(yè)肯定好。
池窯拉絲的E玻璃,屬于鋁硼硅酸鹽玻璃,是一種比較難熔的玻璃,因此要求采用微粉配料,并且對(duì)其中難熔的鋁、硅成份原料的粒度要求達(dá)到300目。對(duì)其它各種粉料的粒度也有嚴(yán)格的要求:如葉蠟石及硅砂300目篩余不超過(guò)1%,方解石300目篩余不超過(guò)20%,硼鈣石及螢石200目不超過(guò)15% 。為確保葉蠟石的化學(xué)成份均勻,在粉料混合前,還要采用專業(yè)設(shè)備進(jìn)行均化處理。要求葉蠟石微粉的Al203含量波動(dòng)在+-0.4%之內(nèi), Fe203波動(dòng)在0.2-0.5%之內(nèi),并且SO3<0.8%為宜。否則,將會(huì)影響玻璃熔制時(shí)的窯內(nèi)氣氛和氣泡排出。更不允許有難熔礦物質(zhì)如硬水鋁石、剛玉及鉻礦石等。
在玻璃原料配合與熔制過(guò)程中,有兩個(gè)起混合作用的程序。第一個(gè)起混合作用的是玻璃原料的配制,第二個(gè)起混合作用的是玻璃熔窯。這兩個(gè)混合程序前后配合,各司其責(zé),共同擔(dān)負(fù)熔制出優(yōu)質(zhì)玻璃液的任務(wù),滿足拉絲工藝要求。如果忽視前一個(gè)混合程序,就會(huì)加重后一個(gè)混合程序的負(fù)擔(dān)。假若玻璃原料的配制質(zhì)量不佳,全靠玻璃熔窯來(lái)均化,就會(huì)導(dǎo)致玻璃熔制的“消化不良”,一旦玻璃熔化質(zhì)量惡化,就會(huì)嚴(yán)重影響拉絲作業(yè)。
生產(chǎn)實(shí)踐證實(shí),粒度是影響玻璃原料均勻性的主要因素。玻璃原料的粒度分散性太大,就不可能實(shí)現(xiàn)最有效的混合。在玻璃原料的混合過(guò)程中,混合和反混合(即分層),這兩個(gè)相互矛盾的現(xiàn)象幾乎同時(shí)發(fā)生。粒度分散性大,分層效應(yīng)就愈顯著,反之,就愈小。如果玻璃原料的粒度適當(dāng),配合料的均勻性就好,不僅能降低玻璃熔制溫度,更主要的是能夠熔制出化學(xué)均勻性及熱均勻性好的高質(zhì)量玻璃液,滿足拉制電子紗的工藝要求。
2.1.2 氣流控制
生產(chǎn)實(shí)踐證明,控制池窯拉絲成型的氣流,對(duì)穩(wěn)定池窯拉絲作業(yè),提高原絲產(chǎn)質(zhì)量有著十分重要的作用。這是因?yàn)槔z成型區(qū)的氣流變化,會(huì)使玻璃絲根溫度,甚至漏板本身的溫度發(fā)生變化,從而導(dǎo)致單絲直徑發(fā)生變化,引起原絲號(hào)數(shù)的變化,即產(chǎn)生原絲直徑的內(nèi)不勻。
當(dāng)氣流的流量和流速過(guò)大時(shí),絲根對(duì)周圍介質(zhì)的熱傳遞就會(huì)增加,這就會(huì)使絲根玻璃的粘度大于成型要求的粘度范圍,以致在單絲上產(chǎn)生外加的張力。當(dāng)這種張力大于單絲的斷裂應(yīng)力時(shí),就會(huì)產(chǎn)生斷頭、飛絲現(xiàn)象,從而導(dǎo)致被廹中止拉絲操作。
同樣,當(dāng)氣流的流量和流速過(guò)小時(shí),由于絲根玻璃液的冷卻程度不充分,就會(huì)使絲根玻璃液的粘度小于成型所要求的粘度范圍,同樣也會(huì)造成斷頭、飛絲現(xiàn)象。
此外,從相鄰四周補(bǔ)入拉絲成型區(qū)的氣流,以及從拉絲機(jī)向上的定向微氣流(拉絲機(jī)頭旋轉(zhuǎn)形成)均帶有大量玻璃纖維細(xì)毛羽、飛濺的霧狀浸潤(rùn)劑顆粒,以及在空氣中四散飄浮的雜質(zhì)。這些東西一旦碰撞到高速拉制的原絲上,就會(huì)在瞬間形成一個(gè)巨大的沖擊力,將拉制中的原絲碰斷。
據(jù)國(guó)外文獻(xiàn)介紹,高速拉絲時(shí),由于原絲絲束與空氣劇烈摩擦,可使原絲絲束的總張力增加40%,導(dǎo)致飛絲,迫使拉絲作業(yè)中斷。
如果在拉絲作業(yè)時(shí)有效地控制成型區(qū)氣流,使單絲周圍的空氣,能以與單絲相近的氣流速度,及相同的氣流方向流動(dòng),就可大大減少單絲與空氣的摩擦力,就不致于產(chǎn)生飛絲、斷頭現(xiàn)象。
還要指出的是,池窯拉絲一般都安裝多孔大漏板,以大幅度提高拉絲產(chǎn)量。但是,多孔漏板的漏嘴密度要比普通漏板大得多,漏嘴行距之間沒(méi)有足夠的面積來(lái)安裝冷卻片,即使能安裝少量的
冷卻片,又因?yàn)槔鋮s片面積太小,而玻璃液的流量又大,就冷卻片的熱交換能力來(lái)說(shuō),也遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了絲根冷卻的要求。因此,必須采用熱交換能力較強(qiáng)的氣流冷卻法。
2.1.3 窯底鼓泡
一般氣泡是指一種肉眼可見(jiàn)的氣體夾雜物。
國(guó)外學(xué)者曽對(duì)無(wú)堿鋁硼硅酸鹽玻璃(即E玻璃)中的氣泡作過(guò)分析,發(fā)現(xiàn)主要是SO2和CO2 ,約占?xì)怏w總量的70%左右。這些氣泡是在玻璃的熔制、澄清和均化過(guò)程中產(chǎn)生的。另外,配合料的顆粒不均勻、澄清劑用量不足或熔制和澄清溫度偏低,都會(huì)使熔化中的玻璃產(chǎn)生大量的氣泡。
在正常熔制過(guò)程中,碳酸鹽和硅砂發(fā)生反應(yīng),大量的CO2在料隙中逸出。隨著熔化的繼續(xù)進(jìn)行,融熔體逐漸把未融熔的料包圍起來(lái),使配合料中的氣體不能順利逸出,而部份溶解于玻璃液中。氣體溶解到一定飽和程度后,開(kāi)始從液相轉(zhuǎn)移成氣相,產(chǎn)生微小的氣泡。隨著玻璃液中氣體不斷向氣泡中擴(kuò)散,氣泡直徑逐漸增大,上升速度加快,直到玻璃液面氣泡破裂,泡中氣體向窯內(nèi)釋放。為了加速排除玻璃中的微氣泡,珠海廠在池窯底部裝了兩排鼓泡器。鼓泡頭為鉑銠合金材料,鼓泡介質(zhì)為高度凈化的壓縮空氣,泡頻為20-60個(gè)/分鐘。為了最大限度減少小氣泡,在窯底人為制造大氣泡。
第一道鼓泡器安裝在池窯熔化部底部,靠近投料口。它可以有效地控制玻璃液面,保證配合料入窯后能夠逐步熔化,起到?jīng)_散料堆,防止未熔化的生料越過(guò)泡界線的作用。
第二道鼓泡器設(shè)在澄清部底部,靠近主通路。這里的玻璃液粘度較小,鼓泡器連續(xù)鼓泡,形成一個(gè)自然向上的玻璃液流,原來(lái)下層低溫玻璃液的位置,得到上層高溫玻璃液的不斷補(bǔ)充。這就加速了玻璃液的液流速度,從而實(shí)現(xiàn)了玻璃液的熱均化。
據(jù)日本專家告知,池窯內(nèi)的厚泡(大泡)、薄泡(小泡)和鏡面(無(wú)泡)都不宜過(guò)多,要形成一定的比例。厚泡過(guò)多時(shí),對(duì)玻璃液澄清不利;薄泡過(guò)多時(shí),易形成泡層的重疊;鏡面狀態(tài)則會(huì)將火焰溫度反射出去,不利于表層玻璃液將熱量往下傳遞;而適量中泡既有利于玻璃液繼續(xù)排泡,又利于玻璃液的熱傳遞。
據(jù)稱,10萬(wàn)米長(zhǎng)度的玻璃纖維原絲中,通常含有100-800個(gè)微氣泡。這些微小到連肉眼也無(wú)法看清能氣泡,雖然不會(huì)影響拉絲作業(yè),但卻會(huì)影響到電子紗與電子布的強(qiáng)度,還會(huì)影響到覆銅板與印制電路板的電絕緣可靠性。
因?yàn)橛≈齐娐钒逶谥圃爝^(guò)程中,需要鉆孔及孔內(nèi)噴鍍,如果所鉆的孔與這種微氣泡相連,其鍍液和鉛液就會(huì)滲入到這種微氣泡形成的空洞中,使印制電路板的電絕緣性能下降,甚至形成異?;芈樊a(chǎn)生短路。
2.2 捻線工序
高性能的電子布需要優(yōu)質(zhì)的織造用紗。電子布的某些重要特性幾乎完全取決于經(jīng)緯紗,其它質(zhì)量特性也與經(jīng)緯紗的質(zhì)量特性密切相關(guān)。此外紗的織造工藝性能也在很大程度上影響著織物質(zhì)量和織造效率。
織造用紗的質(zhì)量特性部分依賴于原絲,此外與捻線工藝也有密切關(guān)系。特別是近代電子布的織造用紗捻線工藝發(fā)展更趨高速、低捻、大卷裝。捻線線速度已由原先的100m/min發(fā)展到160m/min;捻度由原先的40捻/m降低到目前的28捻/m。
捻線工序的生產(chǎn)工藝特征是采用熱風(fēng)干燥,積極式退介,單向低捻,不并股,無(wú)接頭,無(wú)毛羽。
電子紗原絲絲筒在初捻機(jī)上的退解,是靠裝置在紗架上的絲筒自身旋轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的,被稱為積極式退解。這種退解方式對(duì)原絲的磨損最小,可消除原絲在退解過(guò)程中的斷頭,是一種先進(jìn)的退解方式。電子紗為單股紗,捻度為28捻/米。采用這種單股低捻方式,不僅確保了電子紗原有強(qiáng)度不受損失,還提高了其織成的布的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和樹(shù)脂對(duì)布面的浸透性,并可改善用其制成的覆銅板的鉆孔加工性和表面平滑性。
電子紗在退解過(guò)程中,采用初捻機(jī)上熱風(fēng)干燥方式,使涂敷在原絲表面上的浸潤(rùn)劑進(jìn)一步固化,形成一層保護(hù)膜,使其在紡織加工中不致磨擦起毛。
2.3 整經(jīng)工序
電子布對(duì)于經(jīng)紗張力的均勻性要求很高,因此,精密控制整經(jīng)張力,保持經(jīng)紗張力的一致性是整經(jīng)工藝的關(guān)鍵。
電子布生產(chǎn)通常采用分批整經(jīng)工藝。分批整經(jīng)的經(jīng)紗張力一般分單紗張力、整經(jīng)運(yùn)轉(zhuǎn)張力及卷繞壓力等幾個(gè)部分。各個(gè)部分都有專用的張力裝置來(lái)調(diào)整和控制。
分批整經(jīng)工藝,就是將數(shù)百根經(jīng)紗,按照工藝要求的密度,張力均勻地分批卷繞到經(jīng)軸上,然后用并軸上漿的方法,將幾個(gè)經(jīng)軸并合成一個(gè)經(jīng)紗片,浸漬漿液,經(jīng)錫林烘干卷繞成密度和張力符合織造要求的織軸。
2.4 漿紗工序
漿紗是經(jīng)紗準(zhǔn)備工程的重要工序之一??椩爝^(guò)程中的經(jīng)紗在織機(jī)上受到反復(fù)的摩擦和沖擊作用,往往會(huì)受到損傷,產(chǎn)生毛羽,嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成斷頭,降低織造效率和織物質(zhì)量。上漿的目的就是要提高經(jīng)紗的織造性能。
漿紗工程包括調(diào)漿和上漿兩個(gè)部分。調(diào)漿就是漿液的調(diào)制。上漿就是使經(jīng)紗通過(guò)某些特制的漿液,經(jīng)浸漬和烘干后,部分漿液滲入經(jīng)紗內(nèi)部,增大了纖維之間的粘附力,從而使經(jīng)紗強(qiáng)度增加。漿液的另一部分被覆于紗線的表面,形成一層薄薄的漿膜,以提高經(jīng)紗在織造時(shí)的耐磨性能。
2.4.1 調(diào)漿
把一定配方比例的漿料和一定數(shù)量的水,在調(diào)漿設(shè)備里配制出漿液的過(guò)程稱為調(diào)漿。
漿液是全部漿紗工藝的基礎(chǔ)。上漿使用的漿料的主要成分有改性淀粉和PVA等,同時(shí),包括各種助劑。漿液的調(diào)制是在調(diào)漿桶里進(jìn)行,首先按漿料的配方秤取各種原料的數(shù)量,再按照調(diào)漿的作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)順序要求加入漿料和水,連續(xù)攪拌而成。
調(diào)制好的漿液質(zhì)量好壞,直接決定經(jīng)紗上漿的性能,嚴(yán)格控制好漿液質(zhì)量非常重要。對(duì)漿液的質(zhì)量具體要求如下:
2.4.1.1漿液應(yīng)具有良好的粘著性和浸透性,以保證對(duì)紗線有適當(dāng)?shù)谋桓埠徒浮?br />
2.4.1.2 保持穩(wěn)定的粘度、濃度,使經(jīng)紗能達(dá)到規(guī)定的上漿率。
2.4.1.3 漿液經(jīng)烘干后,能形成柔軟、堅(jiān)韌、光滑而富有彈性的漿膜。
2.4.1.4 具有良好的退漿性。
2. 4. 2 經(jīng)紗上漿基本工藝流程
漿紗機(jī)一般由經(jīng)軸架、上漿、烘干、分絞、卷繞等機(jī)構(gòu)組成。卷繞一定長(zhǎng)度經(jīng)紗的幾個(gè)經(jīng)軸置在軸架上,經(jīng)紗從經(jīng)軸引出,穿過(guò)后筘,經(jīng)過(guò)導(dǎo)紗輥進(jìn)入漿槽,經(jīng)紗繞過(guò)浸沒(méi)輥,在漿槽浸漬漿液后,經(jīng)過(guò)壓漿輥一定壓力擠壓,再進(jìn)入烘干裝置。經(jīng)紗繞過(guò)有一定溫度的錫林進(jìn)行烘干,經(jīng)紗在烘干過(guò)程中形成漿膜,并達(dá)到工藝要求的回潮率。經(jīng)紗從烘干裝置出來(lái),經(jīng)過(guò)導(dǎo)紗輥進(jìn)入分絞區(qū),在分絞棒的作用下,把每根經(jīng)紗分開(kāi)。經(jīng)過(guò)分絞后的經(jīng)紗,通過(guò)伸縮筘,進(jìn)入卷取裝置,卷繞成織軸。這便是經(jīng)紗上漿的全部工藝流程。
2. 4. 3 經(jīng)紗上漿的基本要求
2.4.3.1 單纖維互相粘結(jié)良好
經(jīng)紗上漿后,要求單纖維之間相互粘結(jié),形成更緊密的結(jié)構(gòu),能夠承受織造中的張力、摩擦和沖擊負(fù)荷,以便提高其織造性能。
2.4.3.2 上漿率應(yīng)適當(dāng)而均勻
上漿率過(guò)高或不足都會(huì)降低經(jīng)紗的織造性能,而且,上漿過(guò)高,坯布表面的平滑性會(huì)受到影響。7628布織軸上漿率一般控制在2.4%左右,2116布則宜控制在4.9%左右。
2.4.3.3 適度的柔軟性
僵硬而不柔軟的經(jīng)紗,只要稍微受到?jīng)_擊就會(huì)斷裂,而過(guò)于柔軟的經(jīng)紗,又容易起毛和斷頭。因此,上漿紗的柔軟度必須適當(dāng)。
2.4.3.4 表面平滑性
經(jīng)紗在織造過(guò)程中,會(huì)受到劇烈的摩擦,如果摩擦過(guò)大,則會(huì)造成落漿、起毛,從而造成斷頭。因此,漿紗表面必須盡可能地平滑。
2.4.3.5 抗靜電性
玻璃纖維很容易產(chǎn)生靜電。若靜電電壓很高,不但會(huì)造成經(jīng)紗毛羽,而且會(huì)吸附空氣中的塵埃,而使經(jīng)紗玷污,降低布面質(zhì)量。
2.4.3.6 纖維的抱合性
抱合力就是經(jīng)漿液粘結(jié)的纖維,對(duì)使其分離的外力的抵抗能力。布在織造過(guò)程中會(huì)受到劇烈的張力、沖擊以及摩擦等外力作用,要抵抗分離,經(jīng)紗上漿后就必須要有一定的抱合力。
經(jīng)紗上漿用的漿料,采用改性淀粉和聚乙烯醇作成膜劑,并配入適量的潤(rùn)滑劑、滲透劑、柔軟劑及防腐劑等輔助成分,能在經(jīng)紗表面形成適度柔軟的漿膜,增大紗線之間的粘附力與抱合力,使經(jīng)紗強(qiáng)度大大提高,經(jīng)紗表面平整光滑,有良好的抗靜電性,能保護(hù)經(jīng)紗順利通過(guò)噴氣織機(jī)的高速織造,使布面不致受機(jī)械磨擦而產(chǎn)生毛羽。
常用的改性淀粉是醚化淀粉和酯化淀粉。改性淀粉與原淀粉相比,能溶解于溫水,糊化溫度降低,適用于較低溫度的上漿工程。改性淀粉的水分散性和水溶解度提高,漿液粘度穩(wěn)定性高,凝膠現(xiàn)象顯著減少,漿液冷卻時(shí)不易凍結(jié)。漿液的流動(dòng)性也有提高,與玻璃纖維的粘著性也有所提高。漿膜較為透明,堅(jiān)韌而富有彈性,漿膜表面較為平滑細(xì)致,具有良好的織造性能。與常用的漿料有良好的相容性,脫漿也比較容易。
3 . 電子布織造與熱-化學(xué)處理生產(chǎn)技術(shù)要領(lǐng)
3.1 電子布織物結(jié)構(gòu)
織物中經(jīng)緯紗的配置情況和彼此聯(lián)結(jié)狀態(tài)稱為織物結(jié)構(gòu)??椢锝Y(jié)構(gòu)取決于經(jīng)緯紗的單絲直徑、合股數(shù)、捻度、線密度、經(jīng)緯密度、織物組織及織物參數(shù)等許多因素。這些因素的變化以及彼此的不同組合,可以構(gòu)成許多結(jié)構(gòu)性能各異的玻纖織物,以滿足各同用途的需要。
電子布經(jīng)緯紗的單絲直徑都在9微米以下,主要有5、6、7、9微米等四個(gè)等級(jí)。一般而言,較細(xì)的單絲可以制成較細(xì)的紗,而較細(xì)的紗則可織成較薄的布。而同樣厚度的布,如用單絲直徑較細(xì)的經(jīng)緯紗,則布的柔軟性、力學(xué)性能和耐久性更好。另外,拉絲時(shí)對(duì)原絲涂敷的浸潤(rùn)劑,不但在拉絲時(shí)起到了潤(rùn)滑和集束作用,而且可以在一定程度上改善原絲的柔軟性、耐磨性和耐彎折性能。尤其是目前拉絲浸潤(rùn)劑,大多數(shù)生產(chǎn)廠家都采用了改性淀粉浸潤(rùn)劑,使原絲的紡織性能得到了明顯的改善。
織物組織表示經(jīng)緯紗的交織規(guī)律。工業(yè)用玻璃纖維布主要有平紋、斜紋、緞紋和紗羅等四種組織。平紋是最簡(jiǎn)單,也是最常用的織物組織。與斜紋和緞紋組織相比,平紋組織中經(jīng)緯紗具有最多的組織點(diǎn)和屈曲數(shù),并且相互緊靠,織物比較緊密、平挺,適用于大多數(shù)電工絕緣和增強(qiáng)材料。覆銅板用各種電子布全部采用平紋組織。
3.2 電子布織造與織機(jī)
電子布織造采用高度自動(dòng)化的噴氣織機(jī)。織機(jī)設(shè)計(jì)精巧,制造精密,全面應(yīng)用電子自動(dòng)控制技術(shù):電子送經(jīng)、電子卷取,實(shí)現(xiàn)積極式送經(jīng)卷取,可穩(wěn)定經(jīng)紗張力??棛C(jī)開(kāi)口小,運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn),在高速引線中,采用光電式雙探緯器,既能探測(cè)缺緯、松緯,又能探測(cè)超越探測(cè)器的斷緯,從而可減少緯向疵點(diǎn)。還有電子控制儲(chǔ)緯器可穩(wěn)定緯紗張力,自動(dòng)對(duì)梭口裝置和防止開(kāi)車痕裝置,使織物緯向疵點(diǎn)大大減少。同時(shí),采用定位停車、定位開(kāi)車及剎車角的有效控制,并有一梭、倒轉(zhuǎn)等功能,有效地防止了開(kāi)關(guān)車的稀密路疵點(diǎn)。
織機(jī)工藝參數(shù)的設(shè)定與調(diào)整,還有織機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)均在觸摸式顯示屏上顯示,不僅操作和維護(hù)方便,而且提高了生產(chǎn)效率和質(zhì)量控制水平。
在織造過(guò)程中,就是通過(guò)開(kāi)口-引緯-打緯-卷取-送經(jīng)等五大運(yùn)動(dòng),把經(jīng)緯紗按照工藝標(biāo)準(zhǔn)要求,織造成一定規(guī)格的坯布。
當(dāng)前,噴氣織機(jī)轉(zhuǎn)速已達(dá)到600-750轉(zhuǎn)/分鐘,能生產(chǎn)出張力均勻、布面平整、無(wú)斷頭和毛羽的高質(zhì)量電子胚布,并且能保持很高的織造效率。電子坯布的卷裝長(zhǎng)度通常為2000米/卷,最高已達(dá)到4000米/卷。
3 . 3 熱-化學(xué)處理生產(chǎn)技術(shù)要領(lǐng)
3.3.1熱-化學(xué)處理綜述
為了改善并進(jìn)一步提高電子布的物化性能及其制品的加工性能,而對(duì)電子坯布加熱,清除原絲在拉制過(guò)程中所涂敷的拉絲浸潤(rùn)劑,以及紗支在漿紗過(guò)程中所涂敷的漿料,并對(duì)坯布表面浸漬一層偶聯(lián)劑,被稱為熱-化學(xué)處理(以下簡(jiǎn)稱后處理)。
電子布經(jīng)噴氣織造完畢后,便進(jìn)入后處理工序。
后處理工序是電子布生產(chǎn)過(guò)程中的最后一道工序。這道工序加工質(zhì)量的好壞,將直接決定電子布的最終產(chǎn)品質(zhì)量。而電子布質(zhì)量的好壞,又是覆銅板外觀質(zhì)量及印制電路板加工性能與物化性能的關(guān)鍵。所以,電子布生產(chǎn)廠家都在后處理工序上下大力氣,不斷進(jìn)行技術(shù)改造,開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品,以便在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中,不斷提高自身的競(jìng)爭(zhēng)能力。
為什么要對(duì)玻璃纖維布進(jìn)行后處理呢?
玻璃纖維及其制品具有高抗拉強(qiáng)度、耐高溫、防火、防濕、耐侵蝕、絕熱好、絕緣佳等一系列優(yōu)異特性。但是,它也有一些弱點(diǎn),如不耐折,也不耐磨,纖維之間的摩擦系數(shù)較大,與其它材料也具有較大的摩擦系數(shù),因而導(dǎo)致使用過(guò)程中過(guò)早損壞。
另外,玻璃纖維還是一種光滑的圓柱體,加之在高溫高速拉絲過(guò)程中的高速冷卻,結(jié)果造成單纖維較硬挺,其織物不易定形。通常單纖維表面都牢固地吸附著一層水份子,同時(shí),拉絲浸潤(rùn)劑組份中,又多為一些親水性物質(zhì),這些組份存留在單纖維的表面上,往往會(huì)增大纖維的親水性。一般來(lái)說(shuō),單纖維越細(xì),其總吸附的水分就越多。這些吸附的水分滲入到玻璃纖維表面的微裂紋中,使玻璃纖維不斷被水解,從而形成龐大的硅酸鹽膠體,導(dǎo)致降低了玻璃纖維自身的強(qiáng)度。同時(shí),水分子層的存在,也影響玻璃纖維與其他材料的粘結(jié)性能,而作為覆銅板基材,就更會(huì)降低其電絕緣性能。
因此,為了改善并提高電子布的性能,使其能滿足覆銅板的電絕緣性能、物化性能及加工性能等一系列要求,一定要對(duì)電子布進(jìn)行后處理。
電子布的后處理包括連續(xù)熱處理、分批熱處理及表面化學(xué)處理等三個(gè)部分。
3.3.2連續(xù)熱處理及其機(jī)組
玻璃纖維原絲在拉制成型時(shí),單絲表面涂覆了一層淀粉型浸潤(rùn)劑。在整經(jīng)過(guò)程中,又敷加了一層薄薄的漿料,以防止玻璃纖維線在紡織加工中被機(jī)械摩擦而起毛。但是,這層薄薄的浸潤(rùn)劑與漿料,將會(huì)嚴(yán)重影響電子布與樹(shù)脂的粘合,必須徹底清除。
連續(xù)熱處理又稱預(yù)脫漿,國(guó)外簡(jiǎn)稱KH。連續(xù)熱處理機(jī)組的核心部分是高溫脫漿爐。為保持連續(xù)運(yùn)行,機(jī)組由多個(gè)單元組成,主要有供布機(jī)、喂人和送出裝置、卷取裝置。供布機(jī)處附有換卷接布用燙接裝置,為了能在連續(xù)運(yùn)行中換卷接布,在喂布段和送布段都配置了儲(chǔ)布裝置。坯布卷固定在供布機(jī)上,供布機(jī)送出的布由喂布羅拉喂入儲(chǔ)布架,從喂入段儲(chǔ)布架引出的布經(jīng)導(dǎo)輥進(jìn)入高溫脫漿爐。坯布上的有機(jī)物在高溫爐內(nèi)迅速分解、炭化,揮發(fā)物隨煙氣排出。由于玻璃布在高溫爐內(nèi)流經(jīng)時(shí)間較短,尚有部分未能完全炭化的有機(jī)物仍殘留于布上,因此,出高溫爐的預(yù)脫漿布呈茶褐色。KH布在導(dǎo)輥引導(dǎo)下進(jìn)入送布段儲(chǔ)布架,然后由送布羅拉,送入卷取裝置,卷繞到分批熱處理用的帶孔鋼管上。
經(jīng)紗上漿后織成的坯布一般有機(jī)物含量在 1.7%~5.0%之間,布的品種因規(guī)格和上漿率而有很大差別。連續(xù)熱脫漿的目的是除去布上的大部分有機(jī)物,使有機(jī)物殘留量(簡(jiǎn)稱為殘脂量)降低到0.5%以下。連續(xù)熱處理的工藝關(guān)鍵是掌握好處理的溫度和時(shí)間,對(duì)于KH機(jī)組而言,關(guān)鍵則是正確設(shè)定和控制高溫脫漿爐的爐溫和運(yùn)行速度。不同的KH機(jī)組由于加熱方式、加熱原理和爐膛結(jié)構(gòu)不同,因而爐溫的設(shè)定要求會(huì)有差別。同一機(jī)組采用不同的運(yùn)行速度時(shí),爐溫的設(shè)定也需有變化。當(dāng)運(yùn)行速度提高時(shí),為保證脫漿效果,需要適當(dāng)提高爐溫。但爐溫不宜過(guò)高,因?yàn)闋t溫越高玻璃布的強(qiáng)損失越大。一般而言,玻璃布的處理溫度以不高于450℃為宜,爐溫和運(yùn)行速度設(shè)定和調(diào)整的目標(biāo)就是達(dá)到工藝要求的有機(jī)物殘留量指標(biāo),而盡量減少?gòu)?qiáng)度損失。
連續(xù)熱處理爐加熱溫度較高,一般常采用電作能源,這種加熱爐俗稱電爐。只要把合適的電阻元件接人電網(wǎng),就能將電能轉(zhuǎn)化為熱能,從而進(jìn)行加熱。煤氣、液化石油氣也可以用作熱處理爐熱源,主要因?yàn)槠錈嶂递^高,比較經(jīng)濟(jì),但是它們的燃燒溫度不易控制,機(jī)構(gòu)復(fù)雜,一般連續(xù)熱處理爐不采用燃?xì)夥绞健?br />
3.3.3分批熱處理及其機(jī)組
分批熱處理又稱熱脫漿,國(guó)外簡(jiǎn)稱BH。
分批熱處理的目的是完全除去坯布上殘存的有機(jī)物,使坯布有機(jī)物的殘留量達(dá)到0.05%以下,而同時(shí)盡可能減少坯布的強(qiáng)度損失。
分批熱處理爐是一個(gè)密閉的高溫烘焙爐,可以使用液化石油氣或煤氣、天然氣作熱源,也可以采用燃油作為熱源,不同的熱源需配置不同的燃燒裝置。但是,對(duì)于分批熱處理爐來(lái)說(shuō),由于處理時(shí)間較長(zhǎng),熱處理爐是全封閉的,采用熱風(fēng)循環(huán)加熱式為佳。如果采用電加熱,耗電相當(dāng)厲害,生產(chǎn)成本就會(huì)很高。
分批熱處理的工藝關(guān)鍵是掌握好處理溫度和處理時(shí)間。對(duì)于高溫烘爐而言,關(guān)鍵在于確設(shè)定爐溫、升溫時(shí)間和保溫時(shí)間,這些參數(shù)應(yīng)根據(jù)玻纖布的品種規(guī)格,布上有機(jī)物含量和KH工藝狀況而定,并與烘爐的構(gòu)造和熱工原理有關(guān)。常常先憑經(jīng)驗(yàn)設(shè)定初始參數(shù),再通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)和調(diào)整確定最宜參數(shù)。爐溫一般以不超過(guò) 400℃為宜,處理時(shí)間需40~60h。溫度過(guò)高,玻纖布強(qiáng)度損失過(guò)大,處理時(shí)間太短,則布卷內(nèi)部又可能脫漿不盡。實(shí)踐認(rèn)為設(shè)定爐溫稍低而處理時(shí)間稍長(zhǎng),對(duì)保證玻纖布質(zhì)量更為有利,可以達(dá)到殘脂量較低而保留強(qiáng)度較高的效果。
分批熱處理的工藝流程是,坯布經(jīng)預(yù)脫漿后,卷繞在帶孔不銹鋼管上,放在專用的鋼制托布架上,推入BH爐內(nèi)進(jìn)行燜燒。
坯布上殘留的有機(jī)物,在爐內(nèi)繼續(xù)被分解、炭化,其揮發(fā)物通過(guò)循環(huán)氣引導(dǎo)被排出爐外。
坯布在爐內(nèi)的處理時(shí)間,可根據(jù)坯布的品種、規(guī)格及其在KH爐處理后有機(jī)物殘留量的多少而確定。
達(dá)到設(shè)定時(shí)間后,BH爐會(huì)自動(dòng)仃止運(yùn)行。此時(shí),可打開(kāi)爐門散熱,待布面溫度降到手感不燙后,則可從托布架上取下,運(yùn)到表面化學(xué)處理爐待處理。
由于坯布上殘留的有機(jī)物在BH爐內(nèi)被徹底分解、炭化,所以經(jīng)BH爐處理后的坯布顏色表面呈純白色。
該工序的工藝要求是,正確設(shè)定溫度曲線并嚴(yán)格控制處理時(shí)間,務(wù)使坯布有機(jī)物殘留量控制在0.05%以下,并保證坯布達(dá)到規(guī)定的抗拉強(qiáng)度。
3.3.4表面化學(xué)處理
表面化學(xué)處理國(guó)外簡(jiǎn)稱FN。這是一個(gè)連續(xù)進(jìn)行的工藝流程,也是電子布坯布在后處理過(guò)程中的最后一道工序。
該工序直接關(guān)系到電子布的最終出廠質(zhì)量水平。經(jīng)過(guò)熱清洗除去了布上附著的有機(jī)物之后的玻璃布
還需要通過(guò)表面化學(xué)處理來(lái)改善玻璃與樹(shù)脂的結(jié)合界面,提高復(fù)合板材的力學(xué)性能和電性能。如果表面化學(xué)處理質(zhì)量不佳,則用于電子布制成的覆銅板在受力狀態(tài)下,特別是濕熱條件下,電子布會(huì)與樹(shù)脂分層脫開(kāi),這便是覆銅板產(chǎn)生白斑和氣泡的主要原因。因此,表面化學(xué)處理是電子布質(zhì)量好壞最關(guān)鍵的最后一道工序。
表面化學(xué)處理工藝原理是對(duì)已進(jìn)行過(guò)熱處理的電子布坯布進(jìn)行硅烷偶聯(lián)劑處理。偶聯(lián)劑的有機(jī)動(dòng)能基團(tuán)與覆銅板表面的樹(shù)脂產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng),另外,它的水解產(chǎn)物又可與電子坯布表面形成化學(xué)鍵結(jié)合。偶聯(lián)劑同一分子中的不同部分別與樹(shù)脂及電子坯布表面的不同成分相粘結(jié),從而大大地改善并加強(qiáng)了覆銅板表面有機(jī)物與無(wú)機(jī)物相的粘結(jié)。
表面化學(xué)處理機(jī)組由多個(gè)單元組成。主要有供布架、喂布裝置、喂入段儲(chǔ)布架,處理液浸漬和烘干裝置,還有送出段儲(chǔ)布架,送出裝置及卷取裝置等等。
表面化學(xué)處理工藝流程是,先將經(jīng)分批熱處理的坯布放在供布架上,在供布機(jī)送出的坯布經(jīng)喂入羅拉牽引,送入儲(chǔ)布架。儲(chǔ)布架出口處裝有張力裝置調(diào)整運(yùn)行張力,然后,經(jīng)導(dǎo)輥引導(dǎo),進(jìn)入處理液浸漬槽。浸漬處理液后,再經(jīng)羅拉擠軋,除去多余的處理劑,進(jìn)入烘焙。烘干后的布經(jīng)過(guò)導(dǎo)輥,進(jìn)入送布段儲(chǔ)布架。最后在送布羅拉牽引下,送入卷布裝置。卷繞到出廠卷布芯管上,便成為最終的成品電子布。
4 . 電子玻纖新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)方向
據(jù)悉,目前國(guó)外玻纖新產(chǎn)品正在高速向高層次、高附加值及多材料復(fù)合方向發(fā)展,新產(chǎn)品日新月異,琳瑯滿目。全球現(xiàn)已擁有5000多個(gè)品種、60000多個(gè)規(guī)格用途,并正以平均年增長(zhǎng)1000-1500個(gè)品種和規(guī)格的速度,迅猛向前發(fā)展。我國(guó)現(xiàn)已是世界玻璃纖維第一生產(chǎn)大國(guó),但還不是技術(shù)強(qiáng)國(guó)。為了使我國(guó)玻璃纖維工業(yè)不僅做大,而且還要做強(qiáng),我們就必須在新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)上狠下功夫。
根據(jù)國(guó)外新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)動(dòng)向及國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)需求,我國(guó)電子玻纖新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)方向如下:
4.1 薄型系列電子布
近幾年來(lái),由于國(guó)內(nèi)外電子產(chǎn)品的輕、薄、短、小及高密度組裝,導(dǎo)致產(chǎn)品不斷升級(jí)
換代,逐步提高電子產(chǎn)品精度,改善性能,促使印制電路產(chǎn)板迅速向多層、超多層方向發(fā)
展,而這一切又都離不開(kāi)薄型、極薄型和超薄型電子布。
我國(guó)電子布生產(chǎn)廠家,目前生產(chǎn)的傳統(tǒng)電子布有三個(gè)代號(hào),即7628、2116與1080。 據(jù)悉,2000年前,我國(guó)覆銅板行業(yè)這三種布的用量比例為:7628布占80%,2116布占12%,1080布占8% 。但是近幾年來(lái),后兩種布的用量比例直線上升,已經(jīng)突破了30%,并且從國(guó)外大量進(jìn)口我國(guó)目前還沒(méi)有生產(chǎn)的薄型、極薄型及超薄型電子布,薄布系列電子布用量比例已突破40%,正在迅速向50%靠攏。
按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),我國(guó)現(xiàn)生產(chǎn)的薄型電子布只有1080,而我國(guó)覆銅板行業(yè)從國(guó)外進(jìn)口的薄型電子布卻有1084、1086、1116、2319及3313等五個(gè) 代號(hào),從國(guó)外進(jìn)口的極薄型電子布有104、106、1035、1037、1067及1078等六個(gè)代號(hào),還從國(guó)外進(jìn)口代號(hào)為101的超薄型電子布。
為了滿足國(guó)內(nèi)外日益發(fā)展的市場(chǎng)需要,我國(guó)電子布生產(chǎn)廠家必須立即開(kāi)發(fā)超細(xì)電子紗及薄型系列電子布,填補(bǔ)我國(guó)玻纖工業(yè)電子系列產(chǎn)品的空白。
4. 2 低介電常數(shù)電子布
電子信息產(chǎn)業(yè)的飛躍發(fā)展,要求覆銅板工業(yè) 逐步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品品種結(jié)構(gòu)上的改變,產(chǎn)品性能上的提高,產(chǎn)品功能上的增加及產(chǎn)品新形態(tài)上的不斷開(kāi)發(fā), 以便實(shí)現(xiàn)覆銅板不僅僅充當(dāng)基板,還要發(fā)展信號(hào)傳輸線功能,特性阻抗精 度控制功能,在多層板中充當(dāng)內(nèi)藏?zé)o源元件功能等等。在制約覆銅板具備上述特性的關(guān)鍵,在于其制成的原材料。而在諸多原材料中的“瓶頸“原材料就是低介電常數(shù)電子布。
由于低介電常數(shù)電子布的制造技術(shù),是一項(xiàng)多學(xué)科相互交叉、相互滲透、相互促進(jìn)的高新技術(shù),是推動(dòng)電子工業(yè)飛躍發(fā)展的關(guān)鍵,該產(chǎn)品又 廣泛用于計(jì)算機(jī)技術(shù)、人造衛(wèi)星、宇宙航行及國(guó)防尖端工業(yè)部門,故多年來(lái)國(guó)外一直對(duì)我國(guó)實(shí)行技術(shù)封鎖及產(chǎn)品壟斷政策。
為此,我國(guó)印制電路板及覆銅板行業(yè)熱烈祝賀四川玻纖集團(tuán)有限公司率先開(kāi)發(fā)出了國(guó)產(chǎn)低介電常數(shù)電子布,滿足了覆銅板生產(chǎn)的急需。
4.3開(kāi)纖電子布
開(kāi)纖電子布是對(duì)已制造完畢的普通電子布再次進(jìn)行物理加工的電子布。它是采用高壓噴水針刺法,對(duì)已經(jīng)織造完畢的電子布坯布進(jìn)行再加工,使經(jīng)紗和緯紗裸露在布面的部份被開(kāi)松攤平,使得經(jīng)、緯紗交疊部位的凸 起明顯減少,空隙閉塞或縮小,因而使布面的平滑性大大提高。同時(shí),還可大大提高布面的樹(shù)脂浸透性、層間剝離性及尺寸穩(wěn)定性,避免了印制電路板鉆孔時(shí),若鉆在電子布經(jīng)、緯紗空隙中,孔壁光潔度不同及導(dǎo)通質(zhì)量情況不同等的缺陷,從而完全滿足了超薄型覆銅板對(duì)超薄型系列電子布的質(zhì)量要求。
4.4混紡或混織電子布
用E玻璃纖維布與低介電常數(shù)的有機(jī)纖維,如聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酰亞胺(PEI)及聚砜(PSF)等熱塑性樹(shù)脂纖維混紡或混織,可制得低介電常數(shù)電子布。
4.5新型后處理劑電子布
目前, 我國(guó)大陸電子布生產(chǎn)廠家,其后處理劑多為硅烷偶聯(lián)劑配方,供應(yīng)千家萬(wàn)戶。國(guó)外廠家普遍采用多種配方,甚至根據(jù)用戶的產(chǎn)品需要采用“對(duì)口“配方,即某種配方專門供應(yīng)一個(gè)用戶。
另外,還可以在后處理劑中添加氧化鈦微粉、熒光增白劑及紫外線聚合引發(fā)劑等新組分。這種新型后處理劑電子布不僅能屏蔽99%以上的紫外線,而且制成的板材呈透明狀,有利于印制電路板實(shí)現(xiàn)精密化、微型化、超薄化,尤其適用于薄型超大規(guī)模集成電路用的印制電路板。